承压特种设备检测中声发射技术的研究

摘要

声发射检测作为一种新的无损检测方法与其它常规无损检测方法相比有其独特的优点。随着工业技术的发展，如何从声发射检测信号中获取更多的源信息，使声发射技术更好地用于承压特种设备的检测成为工业生产的迫切需要，也是目前声发射技术研究的重点课题之一，这一课题研究具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文主要对压力容器安全检测和压力管道泄漏检测中声发射技术进行研究。 基于弹性波在传播时声压遵从指数衰减规律和第一次门槛跨越时差技术比较成熟的现状，论文提出两种声发射源精确定位的方法——能量累积定位法和多探头定位法，并对特种设备声发射检测中各种常见的探头列阵从理论上求出了两种定位方法的解析解。利用能量累积值与信号衰减特性的关系，论文导出了信号幅值修正系数的解析公式，从而快捷、准确地判断源声发射的强度。论文还对两种定位方法中的部分探头列阵利用模拟声发射源进行了实验定位，结果表明在实验室条件下两种定位方法都具有较好的定位精度。 论文利用线弹性理论和弹塑性理论就小范围屈服与大范围屈服两种情况对裂纹尖端形成塑性区时产生的声发射累计数与缺陷尺寸的关系进行研究，得出小范围屈服和大范围屈服形成塑性区时产生的声发射累计数分别与应力强度因子的4m和2m次方成正比的结论。论文还提出了一种利用声发射的凯塞效应来判断容器中新检出缺陷来历的方法，并通过单边缺口试样拉伸声发射检测实验和实际应用案例验证了理论分析的正确性。 论文通过建立压力管道圆孔泄漏的射流扰动模型，研究了泄漏声发射信号的产生机理及信号的频谱特性和能量累计特性。并以水为实验介质进行了压力管道圆孔泄漏的声发射实验测试，利用小波分析对实验结果进行处理，结果表明压力管道泄漏声发射信号是由射流对微小扰动的响应引起的并沿压力管道传播的一种含有多种频率成分的应力波，其频带很宽，从几kHz到几MHz都有，与液体的表面张力、密度及波动常数等参数有关，对碳钢管道水泄漏的实验测试表明泄漏孔径和总流量的改变对频率的分布特性影响不大，主要频率成分集中在3.05～3.81kHz左右；对同一泄漏孔径，喷射流速与信号的能量累计值基本符合指数关系E=αν<'n>。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的目的及意义

1.2声发射概述

1.2.1声发射发展历程

1.2.2声发射的来源与机理

1.3声发射信号检测与分析

1.3.1声发射仪器

1.3.2声发射信号的分析处理

1.4声发射的应用与发展方向

1.4.1声发射检测的优点和缺点

1.4.2声发射的应用领域

1.4.3声发射的发展前景与待解决问题

1.5论文的主要研究工作

第二章声发射源的能量累计定位方法

2.1声发射源的现行定位方法

2.1.1突发型声发射源的定位方法

2.1.2连续型声发射源的定位方法

2.2一维能量累计定位方法

2.2.1声发射信号的衰减特性

2.2.2突发型信号的定位

2.2.3连续型信号的定位

2.3平面能量累计定位方法

2.3.1平面正方形定位

2.3.2线性列阵平面定位

2.3.3伪定位的消除

2.4球面能量累计定位方法

2.4.1小直径球面定位

2.4.2大直径球面定位

2.5柱面能量累计定位方法

2.6多探头定位方法

2.6.1一维多探头定位方法

2.6.2平面多探头定位方法

2.6.3球面多探头定位方法

2.6.4柱面多探头定位方法

2.7本章小结

第三章压力容器安全检测中声发射技术的研究

3.1压力容器检测中的声发射技术现状

3.1.1压力容器上的声发射信号

3.1.2声发射信号的特性

3.1.3声发射技术在压力容器上的应用现状

3.2声源强度的修正

3.2.1线性列阵修正系数的计算

3.2.2平面列阵修正系数的计算

3.3裂纹参数对声发射的影响

3.3.1裂纹尖端塑性区的面积

3.3.2声发射累计数与裂纹的关系

3.4凯塞效应的应用

3.4.1凯塞效应用于安全评价

3.4.2凯塞效应用于判断缺陷的来历

3.5本章小结

第四章压力管道泄漏中的声发射技术研究

4.1管道泄漏中的声发射概述

4.2泄漏声发射机理与波动描述

4.2.1泄漏声发射的产生

4.2.2泄漏声发射的波动分析

4.3充液管道泄漏的孔嘴流速与声发射能量

4.3.1孔嘴流速的计算

4.3.2泄漏声发射的能量

4.4本章小结

第五章实验及应用实例

5.1新型定位方法的实验测量

5.1.1实验仪器介绍

5.1.2能量累计定位实验

5.1.3多探头定位实验

5.2裂纹声发射特性的实验测量

5.3应用凯塞效应判定缺陷来历的实用案例

5.4泄漏声发射信号的实验测试与分析

5.4.1实验测试装置

5.4.2实验结果处理与分析

5.5本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间所获奖励

作者学习简历